列車自動(dòng)駕駛系統(tǒng)

列車自動(dòng)駕駛系統(tǒng)

知識(shí)要點(diǎn)：了解列車自動(dòng)駕駛系統(tǒng)設(shè)備組成。：掌握列車自動(dòng)駕駛系統(tǒng)基本功能及人機(jī)界面信息。：了解列車自動(dòng)駕駛系統(tǒng)站臺(tái)精確停車功能。一、列車自動(dòng)駕駛系統(tǒng)概述人工駕駛列車運(yùn)行時(shí)，列車駕駛員操縱列車駕駛手柄，控制列車運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)列車加速、減速和停車。2023/4/124

列車自動(dòng)駕駛系統(tǒng)，即ATO系統(tǒng)，主要實(shí)現(xiàn)“地對(duì)車控制”，實(shí)現(xiàn)正常情況下高質(zhì)量的自動(dòng)駕駛，提高列車運(yùn)行效率，提高列車運(yùn)行舒適度，節(jié)省能源。與ATP系統(tǒng)為列車運(yùn)行提供安全保障相比，ATO是提高城市軌道交通列車運(yùn)行水平的技術(shù)措施。2023/4/125

列車自動(dòng)駕駛系統(tǒng)車載設(shè)備根據(jù)列車運(yùn)行計(jì)劃，以及列車的運(yùn)行速度、當(dāng)前線路限速和目標(biāo)速度等信息，實(shí)時(shí)計(jì)算列車達(dá)到目標(biāo)速度值所需要的牽引力或制動(dòng)力的大小，通過列車接口電路，由列車的牽引系統(tǒng)或制動(dòng)系統(tǒng)完成對(duì)列車進(jìn)行加速或減速作業(yè)。軌道電路信息接收STM應(yīng)答器信息接收BTMATP車載設(shè)備人機(jī)界面（DMI）2023/4/126

列車自動(dòng)駕駛系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)列車自動(dòng)駕駛，它需要列車自動(dòng)防護(hù)系統(tǒng)ATP和列車自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)ATS提供支持。列車自動(dòng)防護(hù)系統(tǒng)向列車自動(dòng)駕駛系統(tǒng)提供列車的運(yùn)行速度、線路允許速度、限速和目標(biāo)速度，以及列車所處位置等基本信息；列車自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)向列車自動(dòng)駕駛系統(tǒng)提供列車運(yùn)行作業(yè)和計(jì)劃。列車自動(dòng)駕駛系統(tǒng)取代駕駛員人工駕駛，實(shí)現(xiàn)列車自動(dòng)駕駛，有效地提高了列車的運(yùn)營(yíng)效率，降低了駕駛員的勞動(dòng)強(qiáng)度，是城市軌道交通運(yùn)營(yíng)作業(yè)自動(dòng)化的重要體現(xiàn)。2023/4/127

列車自動(dòng)駕駛系統(tǒng)對(duì)列車進(jìn)行控制，使得列車駕駛處于最佳的運(yùn)行狀態(tài)，列車運(yùn)行更加平穩(wěn)，可以有效提高運(yùn)營(yíng)效率，降低列車運(yùn)行能耗。列車自動(dòng)駕駛系統(tǒng)在站臺(tái)可以精確對(duì)位停車，為乘客上下車提供便捷的條件，列車在站臺(tái)精確停車為站臺(tái)加裝安全門或屏蔽門提供了有利的條件。屏蔽門2023/4/128

二、列車自動(dòng)駕駛系統(tǒng)設(shè)備組成

列車自動(dòng)駕駛系統(tǒng)是非故障-安全系統(tǒng)，由車載設(shè)備和地面設(shè)備組成。

1．列車自動(dòng)駕駛系統(tǒng)車載設(shè)備列車自動(dòng)駕駛系統(tǒng)車載設(shè)備包括車載ATO模塊、ATO車載天線、人機(jī)界面。

車載ATO模塊軌旁輔助定位系統(tǒng)2023/4/129

(1)車載ATO模塊車載ATO模塊是列車自動(dòng)駕駛系統(tǒng)的核心組成部分，它包含硬件和軟件兩部分。車載ATO模塊從車載ATP子系統(tǒng)獲得必要的信息，如列車運(yùn)行速度和列車位置等，車載ATO模塊軟件對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，計(jì)算出列車當(dāng)前所需的牽引力或制動(dòng)力，向列車發(fā)出請(qǐng)求，列車牽引或制動(dòng)系統(tǒng)收到請(qǐng)求指令后，對(duì)列車施加牽引或制動(dòng)，對(duì)列車進(jìn)行實(shí)時(shí)控制。

ATO工作原理圖ATP車載設(shè)備接口2023/4/1210

(2)ATO車載天線列車自動(dòng)駕駛系統(tǒng)的車載模塊與地面設(shè)備之間的信息交換是通過ATO車載天線來完成，以實(shí)現(xiàn)列車自動(dòng)駕駛系統(tǒng)與列車自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)(ATS)之間的信息交換。

ATO車載天線一般安裝在列車第一列編組的車體下，它接收來自列車自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)的信息，同時(shí)向列車自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)送有關(guān)的列車狀態(tài)信息。這些信息一般包括以下內(nèi)容：①?gòu)牧熊囅虻孛姘l(fā)送的信息。列車自動(dòng)駕駛系統(tǒng)車載模塊通過ATO車載天線向地面列車自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)送的信息有列車識(shí)別號(hào)信息，該列車識(shí)別號(hào)信息包括了列車的車組號(hào)、車次號(hào)、目的地編碼等內(nèi)容；列車向地面發(fā)送的信息還有列車運(yùn)行方向、列車車門狀態(tài)、車輪磨損指示、列車車輪打滑和空轉(zhuǎn)、車載ATO模塊狀態(tài)和報(bào)警信息等。2023/4/1211

②從地面向列車ATO車載設(shè)備發(fā)送的信息。從地面向列車ATO車載設(shè)備發(fā)送的信息有列車開關(guān)門命令、列車車次號(hào)確認(rèn)、列車測(cè)試指令、門循環(huán)測(cè)試、主時(shí)鐘參考信號(hào)、跳停／扣車指令和列車運(yùn)行等級(jí)等。

(3)人機(jī)界面列車駕駛員通過人機(jī)界面可以將列車運(yùn)行的模式選擇為“ATO”，起動(dòng)列車在ATO模式下運(yùn)行。ATO系統(tǒng)

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三、列車自動(dòng)駕駛系統(tǒng)基本功能

列車自動(dòng)駕駛系統(tǒng)基本功能包括列車車站發(fā)車控制、列車區(qū)間運(yùn)行控制、列車精確停站、列車自動(dòng)折返、跳停和扣車等。

1．車站發(fā)車控制功能列車在ATO模式下運(yùn)行時(shí)，列車駕駛員按壓發(fā)車按鈕起動(dòng)列車運(yùn)行，ATO根據(jù)列車自動(dòng)防護(hù)系統(tǒng)ATP發(fā)送的控制速度和列車自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)ATS發(fā)送的運(yùn)行等級(jí)，自動(dòng)運(yùn)行到下一車站。

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在ATO自動(dòng)模式下，必須具備一定的條件，列車才能從車站出發(fā)，這些條件包括：①ATO模塊與ATP模塊通信正常；②列車運(yùn)行目的地代碼有效；③有效的駕駛員代碼；④在出發(fā)測(cè)試期間沒有檢測(cè)到故障；⑤列車所處的軌道電路，能夠建立ATO模式；⑥其他必要的信息。2023/4/1214

圖9一l中列車在ATO模式下，其實(shí)際運(yùn)行速度曲線在ATP限制速度曲線以下，在一個(gè)較小的速度范圍內(nèi)波動(dòng)，使得列車以接近ATP限制速度運(yùn)行，最有效提高列車運(yùn)行效率，降低列車能耗，減少列車在牽引、惰行和制動(dòng)狀態(tài)之間的不斷切換次數(shù)，有效提高乘客的舒適度。

惰行可以有效降低地鐵列車能耗,通過選擇合適的惰行點(diǎn)可以實(shí)現(xiàn)列車的節(jié)能運(yùn)行。建立了定時(shí)約束條件下列車節(jié)能運(yùn)行惰行控制優(yōu)化模型,將模型求解的遺傳算法嵌入到城市列車運(yùn)行計(jì)算系統(tǒng)中,實(shí)現(xiàn)了給定線路條件下站間最佳惰行點(diǎn)的自動(dòng)計(jì)算。2023/4/12152．列車區(qū)間運(yùn)行速度控制列車自動(dòng)駕駛系統(tǒng)車載模塊接收到從車載ATP發(fā)出的列車速度控制指令后，它向列車的牽引系統(tǒng)或制動(dòng)系統(tǒng)發(fā)出請(qǐng)求，以施加牽引力將列車加速到控制速度，或施加制動(dòng)力使列車減速至規(guī)定值，保存列車的運(yùn)行速度在一個(gè)速度控制窗口內(nèi)，如圖9一l所示。

圖9—1列車自動(dòng)駕駛模式下的速度距離曲線2023/4/1216

3．車站精確停車車站精確停車是列車自動(dòng)駕駛系統(tǒng)非常重要的功能，它實(shí)現(xiàn)列車在車站站臺(tái)區(qū)精確對(duì)位?？?，可以有效提高列車運(yùn)營(yíng)效率，有利于引導(dǎo)乘客上下車。列車實(shí)現(xiàn)對(duì)位停車2023/4/1217

列車實(shí)現(xiàn)車站精確停車，需要列車自動(dòng)駕駛車載模塊與列車的牽引系統(tǒng)和制動(dòng)系統(tǒng)共同參與，相互配合。在列車接近站臺(tái)時(shí)，列車自動(dòng)駕駛車載模塊實(shí)時(shí)對(duì)列車的速度進(jìn)行采集和比較，并及時(shí)向列車的牽引系統(tǒng)和制動(dòng)系統(tǒng)發(fā)出控制指令，實(shí)現(xiàn)對(duì)列車速度的實(shí)時(shí)控制，追蹤實(shí)現(xiàn)列車精確停車。列車實(shí)現(xiàn)車站精確停車，可以在站臺(tái)區(qū)安裝軌道環(huán)線，提高停車的精度。列車在站臺(tái)精確停車，有利于在車站站臺(tái)設(shè)置屏蔽門或安全門，保障乘客安全候車。2023/4/1218

5．執(zhí)行跳停和扣車功能

(1)跳停跳停作業(yè)是指在線路上運(yùn)營(yíng)的列車，在某一指定車站不停車，而以規(guī)定的速度通過該車站。列車自動(dòng)駕駛系統(tǒng)收到來自列車自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)ATS發(fā)出的跳停指令后，完成跳停作業(yè)。

(2)扣車扣車作業(yè)是指列車在某站臺(tái)停靠，不允許列車?yán)^續(xù)運(yùn)行。列車自動(dòng)駕駛系統(tǒng)收到來自列車自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)ATS發(fā)出的扣車指令后，完成扣車作業(yè)。2023/4/12194．列車自動(dòng)折返列車在ATO運(yùn)行模式下，可以實(shí)現(xiàn)在運(yùn)營(yíng)線路兩端實(shí)現(xiàn)列車自動(dòng)折返作業(yè)，控制列車回到下一個(gè)運(yùn)營(yíng)作業(yè)的站臺(tái)區(qū)。在這種駕駛模式下無需駕駛員控制列車，而且列車上的全部控制臺(tái)被鎖閉。接到自動(dòng)折返運(yùn)行許可后自動(dòng)進(jìn)入AR模式，駕駛員通過駕駛室MMI的顯示確認(rèn)得到授權(quán)。只有按下站臺(tái)的AR按鈕后，才實(shí)施列車自動(dòng)折返運(yùn)行。ATC軌旁設(shè)備提供所需的數(shù)據(jù)以控制列車進(jìn)入折返軌，列車運(yùn)行至出發(fā)站臺(tái)后，ATC車載設(shè)備自動(dòng)退出AR模式。AR（自動(dòng)折返A(chǔ)utomaticreturn)SM(supervisionmanagement受監(jiān)控的人工模式)2023/4/1220

6．控制車門由ATP系統(tǒng)監(jiān)督開門條件，當(dāng)ATP系統(tǒng)給出開門命令時(shí)，可以按照事先設(shè)定由ATO系統(tǒng)自動(dòng)打開車門，也可由駕駛員手動(dòng)打開正確一側(cè)的車門。車門的關(guān)閉只能由駕駛員完成。車門打開功能的輸入來自ATP功能的車門釋放、運(yùn)行方向和打開車門數(shù)據(jù)，以及來自ATS的目的地號(hào)。當(dāng)列車空車運(yùn)行時(shí)，從ATS接收到的指定目的地號(hào)阻止車門的打開。2023/4/1221

四、列車自動(dòng)駕駛系統(tǒng)基本操作

在駕駛室內(nèi)，列車的狀態(tài)顯示單元上，有“ATO模式指示燈”。駕駛員將列車駕駛模式選擇開關(guān)置于ATO擋位，系統(tǒng)正常運(yùn)行情況下，ATO模式指示燈會(huì)點(diǎn)亮。列車在車站完成停站，關(guān)好車門后，根據(jù)系統(tǒng)的設(shè)置，駕駛員可以按“發(fā)車按鈕”或直接由系統(tǒng)自動(dòng)發(fā)車，列車自動(dòng)駕駛系統(tǒng)對(duì)列車進(jìn)行控制，自動(dòng)運(yùn)行到下一運(yùn)營(yíng)車站。列車在自動(dòng)駕駛模式下運(yùn)行，列車駕駛員需要觀察列車的運(yùn)行狀態(tài)，如果出現(xiàn)列車控制系統(tǒng)故障情況，需及時(shí)采取措施，如按壓緊急停車按鈕，使列車及時(shí)停止運(yùn)行以排除故障，保證運(yùn)營(yíng)安全。地鐵2號(hào)線提速列車實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛2023/4/12222023/4/1223

1．車站發(fā)車當(dāng)準(zhǔn)備在ATO模式下運(yùn)行時(shí)，ATP通過通信天線接收到關(guān)門命令，ATP點(diǎn)亮狀態(tài)顯示單元上的停站時(shí)間結(jié)束指示燈。如果門是人工操作，駕駛員必須關(guān)好車門(否則，ATP將不允許發(fā)車)。門一旦關(guān)好，駕駛員必須按壓并釋放發(fā)車按鈕來讓列車出發(fā)運(yùn)行到下一車站。在車站停車結(jié)束之后，駕駛員必須關(guān)好車門再按壓并釋放發(fā)車按鈕以繼續(xù)運(yùn)行到下一車站。一旦發(fā)車按鈕被按壓，ATP發(fā)給ATO一個(gè)控制速度。廣州無人駕駛列車.flv2023/4/1224

在自動(dòng)駕駛模式下，必須具備下列條件，列車才能從車站出發(fā)：

1)與ATP有效的通信(即無連接故障)；

2)有效的目的地ID；

3)有效的軌道電路ID(來自ATP)；

4)有效的駕駛員ID：

5)非零速限制(來自ATP)；

6)有效的車輛方向——東／西(來自ATP)；

7)在出發(fā)測(cè)試期間沒有檢測(cè)到故障；

8)列車必須位于車站軌道電路、折返軌道電路、車輛段轉(zhuǎn)換軌電路或試車線。2023/4/1225

2．車門控制和停站車載ATO系統(tǒng)通過軌旁通信環(huán)線從軌旁ATC系統(tǒng)接收到傳送給車輛的開門指令，通過要求車載ATP系統(tǒng)開啟車門來啟動(dòng)開門程序。駕駛員按下開門按鈕打開車門。軌旁ATC系統(tǒng)累計(jì)停站時(shí)間。在正常情況下，停站時(shí)間結(jié)束后軌旁ATC系統(tǒng)會(huì)傳送一個(gè)關(guān)門命令。車載ATO系統(tǒng)接收到命令后及時(shí)勵(lì)磁關(guān)門列車線。駕駛員按下關(guān)門按鈕關(guān)門。當(dāng)從本地或中心接收到指令時(shí)，軌旁ATC系統(tǒng)會(huì)向車輛傳送一個(gè)停放制動(dòng)命令。在這種情況下，車載ATO系統(tǒng)通過從車地通信子系統(tǒng)傳來的命令控制車門開閉，但在相應(yīng)的停放制動(dòng)緩解以及從軌旁接收到命令之前不允許列車從該站發(fā)車。車載ATO系統(tǒng)通過車地通信子系統(tǒng)向軌旁傳送車門狀態(tài)。2023/4/12263．折返在運(yùn)營(yíng)終點(diǎn)車站，當(dāng)駕駛員按下發(fā)車按鈕，ATO將自動(dòng)地驅(qū)動(dòng)列車進(jìn)入折返軌并在折返點(diǎn)執(zhí)行精確停車。駕駛員必須關(guān)閉本端駕駛室的鑰匙(司控器)，并啟動(dòng)離去端的駕駛室，打開司控器開關(guān)，建立ATO模式。軌旁進(jìn)路開放后，駕駛員按下發(fā)車按鈕，ATO將驅(qū)動(dòng)列車進(jìn)入第一個(gè)運(yùn)營(yíng)車站并精確停車。2023/4/1227

4．跳停車載ATO系統(tǒng)從軌旁ATC系統(tǒng)接收跳停指令。跳停指令通常應(yīng)在被跳停站的前一站或更早收到。車地通信子系統(tǒng)還能夠在完成計(jì)劃停站之前告知列車中央ATC已經(jīng)發(fā)出了一個(gè)跳停該車站的命令。在被跳停車站，車載ATO系統(tǒng)也能接收并響應(yīng)軌旁產(chǎn)生的跳停指令。如果在車站停車過程中收到跳停該車站的命令，ATO將會(huì)點(diǎn)亮狀態(tài)顯示單元上的跳停指示燈來告知駕駛員列車不能在站臺(tái)停車。在這種情況下，列車?yán)^續(xù)以ATP控制速度進(jìn)行速度調(diào)節(jié)。跳停命令可以在跳停的車站之前的任何有軌旁通信環(huán)線的車站取消。但是，一旦列車處于要跳停的車站的環(huán)線內(nèi)時(shí)，跳停本站的命令就不能取消。2023/4/1228

五、列車自動(dòng)駕駛系統(tǒng)基本原理1．列車自動(dòng)駕駛

ATO系統(tǒng)存儲(chǔ)了軌道布局和坡度信息，能夠優(yōu)化列車控制命令，保證列車在ATP監(jiān)督下按照最大允許速度運(yùn)行。

ATO通過地面ATP設(shè)備傳來的編碼確定前方空閑軌道電路數(shù)目或前行列車位置，根據(jù)本次列車位置，列車在綜合考慮安全因素的前提下可盡量全速行駛至本次列車的停車點(diǎn)。2023/4/1229ATO系統(tǒng)的自動(dòng)駕駛功能是通過ATO車載設(shè)備控制列車牽引和制動(dòng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的。所需的ATP數(shù)據(jù)包括：從ATP軌旁單元接收到的全部ATP運(yùn)行命令、測(cè)速單元提供的當(dāng)前列車位置和實(shí)際速度信息、位置識(shí)別和定位系統(tǒng)的信息、列車長(zhǎng)度、ATS通過ATP軌旁單元發(fā)送的出站命令和達(dá)到下一車站的計(jì)劃時(shí)間。由ATO系統(tǒng)執(zhí)行的自動(dòng)駕駛過程是一個(gè)閉環(huán)反饋控制過程，反饋回路從ATP數(shù)據(jù)和運(yùn)營(yíng)數(shù)據(jù)得出基準(zhǔn)輸入，測(cè)速單元通過ATP向ATO發(fā)送列車實(shí)際位置信息，ATO向牽引和制動(dòng)控制設(shè)備提供數(shù)據(jù)輸出。到達(dá)計(jì)算速度時(shí)，系統(tǒng)根據(jù)速度曲線控制列車運(yùn)行，接近制動(dòng)啟動(dòng)點(diǎn)時(shí)，ATO設(shè)備自動(dòng)控制常用制動(dòng)使列車運(yùn)行跟隨制動(dòng)曲線。2023/4/12302．車站程序停車正線上的車站都有預(yù)先確定的停站時(shí)間間隔?？刂浦行腁TS監(jiān)督列車時(shí)刻表，計(jì)算需要的停站時(shí)間以保證列車正點(diǎn)到達(dá)下一個(gè)車站?？刂浦行耐ㄟ^集中站ATS縮短或延長(zhǎng)車站停站時(shí)間，數(shù)據(jù)由集中站ATS通過ATO環(huán)線傳送給ATO車載設(shè)備。如果控制中心離線，集中站ATS預(yù)置一個(gè)默認(rèn)的停站時(shí)間。集中站ATS還可向列車傳送跳停命令。2023/4/1231

3．車站定位停車車站精確停車通過在車站區(qū)域內(nèi)的軌道電路標(biāo)識(shí)、分界過渡和ATO環(huán)線變換來進(jìn)行。軌道電路標(biāo)識(shí)被用來確定停車特征的合適起始點(diǎn)，為軌道電路分界過渡和軌旁ATO環(huán)線變換提供了距離分界。該距離分界用于達(dá)到所要求的位置精度。停車特征啟動(dòng)后，ATO基于列車速度、預(yù)先確定的制動(dòng)率和距停止點(diǎn)的距離計(jì)算制動(dòng)特征。制動(dòng)率調(diào)整值通過軌旁ATO獲得，并且可以從OCC或SCR(車站控制室)中進(jìn)行選擇。列車停車后，ATO會(huì)保持制動(dòng)，避免列車運(yùn)動(dòng)。2023/4/12324．車門控制

ATO只有在自動(dòng)模式下才執(zhí)行車門開啟，在手動(dòng)模式下由駕駛員進(jìn)行車門操作。列車的定位天線連接至車輛定位器和接收器，車站站臺(tái)定位環(huán)線位于線路中央，連接站臺(tái)定位發(fā)送器和接收器。列車停站過程如下：

1)當(dāng)列車停于定位停車的允許精度范圍內(nèi)，車輛定位接收器通過列車定位天線接收到站臺(tái)定位發(fā)送器發(fā)送的列車停站信號(hào)，ATO系統(tǒng)確認(rèn)列車到達(dá)確定的定位區(qū)域后向ATP系統(tǒng)發(fā)出“列車停站”信號(hào)確保列車制動(dòng)；

2)ATP系統(tǒng)檢測(cè)到零速度，通過列車定位發(fā)送器向地面站臺(tái)定位接收器發(fā)送ATP列車停車信號(hào)，站臺(tái)接收器檢測(cè)到此信號(hào)進(jìn)行譯碼，使地面“列車停站”繼電器開始工作；2023/4/12333)車站軌道電路ATP發(fā)送器發(fā)送允許開門(左車門或右車門)的信號(hào)；

4)車輛收到允許開門信號(hào)，使相應(yīng)門控繼電器工作，并提供相應(yīng)廣播和允許開門的信號(hào)顯示：

5)此時(shí)駕駛員按壓與此信號(hào)顯示相一致的門控按鈕才能打開規(guī)定的車門；

6)車輛定位發(fā)送器改發(fā)打開屏蔽門信號(hào)，當(dāng)站臺(tái)定位接收器收到此信號(hào)后，打開屏蔽門繼電器吸起，使與列車車門相對(duì)應(yīng)的屏蔽門打開；

2023/4/12347)列車停站時(shí)間結(jié)束，地面停站控制單元啟動(dòng)車站ATP模塊，軌道電路停發(fā)開門信號(hào)，使門控繼電器落下；

8)駕駛員按壓關(guān)門按鈕，關(guān)閉車門，同時(shí)車輛停發(fā)打開屏蔽門信號(hào)；

9)車站檢查屏蔽門已關(guān)閉并鎖好后，允許ATP系統(tǒng)